直流调速系统设计实训报告

实训报告课程名称：专业实训

专业：自动化班级：103031学号：10303104姓名：徐红颖指导教师：王艳秋成绩：

完成日期：2014 年1月9 日

任务书

1 单闭环直流调速系统

对于单闭环直流调速系统来说，转速是输出量，一般我们引入的是转速负反馈构成闭环调速系统。转速负反馈系统是在电动机上安装一台测速电机TG，引出和输出量转速成正比的负反馈电压Un，和转速给定电压Ua*进行比较，得到偏差电压ΔUa，经过放大器A,产生驱动或触发装置的控制电压Uct，与控制电动机的转速，组成了反馈控制的闭环调速系统。在单闭环系统中，转速单闭环使用较多。而一般采用的比例调节器的调速系统还是有静差，为了消除静差，可用积分调节器替代比例调节器。

反馈控制系统的规律是如果要想维持系统中的某个物理量基本不变，就要引用该量的负反馈信号去与恒量给定相比较，组成一个闭环系统。对于调速系统来说，如果想提高静态指标，就得提高静特性硬度，也就是希望转速在负载电流变化时或受到扰动时基本不变。要想维持转速这一物理量不变化，最有效和最直接的方法就是采用转速负反馈构成转速闭环调节系统。

1.1 主电路设计

直流调速系统电路的组成主要由主电路和控制电路两大部分组成，知道了电路组成的两大部分后，就应该确定主电路的接线方式和系统的控制方案。整流变压器由变压部分和整流部分组成，其变压部分将电网电压降压并变成稳定的交流电，整流部分将变压后的交流电整流为恒定40V的直流电压供给直流电动机的励磁回路，整流变压器变压后的交流电两端另接一个单相桥式全控整流电路，输出的可调直流电加在直流电动机的电枢回路。保护环节采用的是过电压保护的一种--阻容吸收，将其并联在整流变压器二次侧起到保护电路的作用。

主电路的设计需要准备的资料：

1 单相整流模块：MZKD-ZL-50

了解其功能，技术参数，电路内部结构，外部接法，控制线管脚接法，安装说明2电机参数：直流电机，额定电压24V，额定电流6A，励磁电压24V，最大允许电流50A，了解电机不同的接线形式，重点掌握电机他激（并激）方式的接线方法。

3 电机转速测量的检测器：光电编码器（E6B2-C）

了解输出方式，接线方式。

主电路的参数计算包括：整流变压器额定参数的计算，晶闸管整流元件参数计算机器件选择，保护环节的设计与计算。

1.1.1 整流变压器额定参数的计算

第一，在进行变压器的参数计算之前，应要先确定负载电气的直流电压和电流，确定交流设备的主电路接线形式和电网电压。再计算次级电压U2，U2数值的选择不可用过高也不可过小。

第二，在进行整流变压器的参数计算时，首先根据整流电路的型式和负载所需要的整流电压Ud 和整流电流Id ，计算二次电压U2，二次电流I2和一次电流I1，接着计算其一次，二次容量S1和S2及平均计算容量S 。

1 二次侧相电压U2：变压器二次侧相电压U2的计算公式为：

A U U d /)5.1~2.1(max 2=

其中，Udmax 为最大整流输出电压（V ），R 为整流变压器内阻和电抗器之和（Ω），A 为α=0时Ud 与U2的比，见表1.1。

表1.1 几种整流线路变压器计算系统

电路型式

A C 电路型式 A C 单相全波

0.9 0.707 三相半波 1.17 0.866 单相桥式

0.9 0.707 三相桥式 2.34 0.5

2 二次侧相电流I2和一次侧相电流I1

对于不通型式的整流线路，变压器二次，一次电流的有效值I2、I1和负载电流Id 的关系见表1.2。n 为变压器匝数比。

二次侧相电流I2：

1/2=I I

d A 8I I 2d ==，

一次侧相电流I1： 1221/n /I I U U ==

A I I 94.1220/3.538n /21=⨯==

3 变压器容量计算

变压器二次容量，一次容量，平均计算容量的公式为：

2222I U m S =

1111I U m S =

)(2121S S S +=

4 我组单闭环调速系统设计参数：直流电机，额定电压20V ,额定电流7A ，励磁电压20V ，最大许电流40A 。

带入计算公式得：

1/2=I I d A 8I I 2d ==，，

1221/n /I I U U ==

A I I 94.1220/3.538n /21=⨯==

W I U m S 8.42694.12201111=⨯==

W I U m S 4.42683.532222=⨯==

W S S S 6.4262/)(21=+=

1.1.2 晶闸管整流元件参数计算机器件选择

晶闸管整流元件计算公式：

)

()2~5.1(最大负载电流d d fb TN I I K I =

TM

TN U U )3~2(= TN TN TN I U P = Utn 和Kfb 的值，见表1.1.2。

表1.2 几种晶闸管整流元件计算系统

TM V U U TM TN 73.1503.53223~2=⨯⨯==）（

A I K I TN 48604.022~5.1dmax fb =⨯⨯==）（

W 04.72354873.150=⨯=⨯=TN TN TN I U P

1.1.3 保护环节的设计与计算

1 阻容保护电路

为了防止系统内部瞬间过电压冲击（主要为断路器、接触器开断产生的操作

过电压）,过流，浪涌等对重要电气设备的损伤，就要增加保护电路的设计，通常的电路保护的方法有过压保护和过流保护。阻容保护是属于过压保护的常见一个方法，它是将合适的电阻和电容串联之后并联在电路中以达到保护电路的作用，可将阻容保护置装放在变压器的二次侧或直流侧，也可以并联在整流元件两端。此外，压敏电阻也是一种常见的过压保护，并联在保护器件两端起到保护的作用。在三相整流电路交流侧有星型连接和角型连接。熔断器属于过电流保护，串联在电路中使用。

阻容吸收电路的参数计算根据变压器铁芯磁场释放出来的能量转化为电容器电场的能量为依据。由于电容两端的电压不能突变，所以可以有效的抑制尖峰过电压。串连电阻的目的是为了在能量转化过程中能消耗一部分能量，并且抑制LC回路的振荡。

凡是超过晶闸管正常工作的电压即承受的最大峰值电压的都算过电压。产生过压的原因是电路中电感元件聚集的能量骤然释放或是外界侵入电路的大量电荷累积。按过压保护的部位来分，有交流侧保护，直流侧保护和元件保护。元件保护主要是通过阻容吸收电路。阻容吸收电路的参数计算式根据变压器铁芯磁场释放出来的能量转化为电容器电场的能量存储起来为依据的。由于电容两端的电压不能突变，所以可以有效的抑制尖峰过电压。串阻的目的是为了在能量转化过程中能消耗一部分能量，并且抑制LC回路的振荡。以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。

图1.1 交流侧过压保护